基于完整约束的两轮机器人建模及平衡控制  

Modeling Based on Integrity Constraints and Balance Control for Two-wheeled Robot

作　　者：李潮全[1] 高学山[1,2] 李科杰[1] 

机构地区：[1]北京理工大学智能机器人研究所,北京100081 [2]哈尔滨工业大学机器人技术与系统国家重点实验室,黑龙江哈尔滨150080

出　　处：《控制工程》2012年第3期478-481,共4页Control Engineering of China

基　　金：国家"863"计划项目(2008AA04Z208);机器人技术与系统国家重点实验室(哈工大)(SKLRS-2010-ZD-04)

摘　　要：依据完整约束下的拉格朗日方程,推导了同轴两轮移动机器人做平面直线运动时的动力学模型,并在此基础上设计了基于极点配置的状态反馈控制模型和系统数字仿真模型。结合控制模型进行了数字仿真实验研究和物理实验研究,并给出了实验分析结果。研究表明,采用基于极点配置的状态反馈控制方案,能够实现机器人动态平衡控制;机器人在初始偏角绝对值小于0.25 rad时,能够在2 s内恢复平衡,当外部干扰使机器人偏离平衡位置后,机器人能够在3 s内恢复平衡;机器人模型推导合理、有效,数字仿真和物理实验一致性好。Dynamic model of the two-wheeled robot is derived by Lagrange equation under integrity constraints in this paper, and a simulation model as well as a partial state feedback controller is obtained. Experiments based on the simulation model and actual model are implemented. It shows that the robot can realize balance control under the control method; it can restore equilibrium in 2s when the absolute value of the pitch angle is less than 0. 25 tad and in 3s when it is disturbed. It also shows that the simulation results are well consistent with the actual model.

关 键 词：机器人 拉格朗日 动力学 实验研究 

分 类 号：TP27[自动化与计算机技术—检测技术与自动化装置]